智能技術在變電站運維管理中的應用

余 俊，唐 驥

（國網岳陽供電公司變電檢修公司，湖南 岳陽 414000）

0 引 言

變電站是電力系統的重要組成部分，是分配電能的場所，主要負責對電壓、電流進行轉換。隨著我國電網事業的發展，變電站逐漸向智能變電站方向發展。與常規的變電站相比，智能變電站采用智能化設備，可以自動完成變電站的數據采集、測量、計量、保護控制及管理，實現變電站的自動化控制、調節、在線分析等管理功能，遇到異常故障，變電站自動發出警報，并自動斷開故障線路，確保變電站運行的安全性和可靠性[1]。傳統的變電站運維管理技術已經無法適應智能變電站的管理需求，需將智能化技術運用在變電站運維管理過程中，提高變電站的運維管理水平，實現變電站少人或者無人值守。

1 智能技術與變電站運維管理概述

1.1 智能技術

智能技術是為了達到預期的目的，采用的各種手段和方法，是信息技術發展的產物，也是近年來工業制造領域的熱門話題。根據當前智能技術的發展情況，智能技術包括模糊控制、神經網絡控制、遺傳算法、專家系統以及人工智能等先進技術和理念，智能化技術的應用是將現代信息技術、通信技術、計算機網絡技術、智能控制技術以及人工智能集成在經濟社會發展特定領域的應用。將智能技術應用在變電站運維管理環節，可以實現調度自動化、用電智能化管理等[2]，降低變電站運維人員的作強度，提高變電站運維工作效率，降低變電站的運維成本，提高變電系統的可靠性和安全性。

1.2 變電站運維管理

變電站運維管理是對變電站運營管理、設備檢修、設備巡視等生產過程進行管理與控制，全面監控變電站設備的運行情況，從而根據變電站的電力監測、電能質量分析、用電統計分析、異常報警和事故報警以及事故記錄等信息，對變電站進行倒閘操作、巡視檢修、電力調度等，滿足變電站運行要求。傳統的變電站運營和檢修分開進行，電力設備出現故障需要停電檢修，在一定程度上影響了供電企業的經濟效益。由于停電檢修無法及時發現電力設備存在的質量問題或者故障，嚴重影響了檢修效率[3]。因此，隨著我國電力事業的發展，這種運營管理與檢修分開的方式已不適應電網發展的需求，使得電網逐漸向運營一體化方向發展。

變電站要想實現運維管理一體化發展，需要智能技術的支撐。利用各種智能設備、智能技術，可以對變電站進行智能監測、測量、計量、控制和保護，根據監測變電站一次設備的運行狀態，將監測數據發送到主站中心。主站中心的工作人員根據監測數據信息判斷變電站的運行狀態，從而做出倒閘、合閘操作。如果變電站運行過程中出現電力故障，則變電站的保護系統自動斷開，有效保護其他線路；如果線路恢復正常，則系統的斷路器自動合閘，實現變電站無人值守和少人值守，真正實現智能化管理[4]。

2 智能技術在變電站運維中的應用

2.1 人工智能技術在變電站巡檢中的應用

人工智能是模仿人腦神經網絡行為特征，并進行分布式處理的數學模型，并具有學習、聯想、記憶、磨蝕識別等智能信息處理功能的人工系統，具有自學習性、自適應性和自組織性等特點。在變電站運行過程中，采集系統在采集數據的過程中因受主客觀因素的影響，可能會出現一定的偏差，從而導致調度管理系統發出錯誤的調度指令。而將人工智能技術運用在變電站運維管理環節，可以對變電站運行的狀態和采集的數據信息進行識別，剔除錯誤的信息，防止判斷失誤。另外，在變電站運行過程中，受到自然因素、環境因素及人為因素的影響，可能出現各種故障，因此需要定期對變電站進行巡檢，及時發現電氣設備故障，并進行檢修[5]。傳統的人工巡檢方式需要工人定期到變電站進行巡視，不僅耗費人力物力，而且人工可能存在遺漏，影響巡檢效果。隨著人工智能技術的發展，智能機器人巡檢系統在變電站日常巡檢中得到了廣泛應用，并取得了一定的效果。智能機器人巡檢系統采用分布式系統，主要由基站層、通信層和終端層構成。基站層由基站系統、硬盤錄像機、視頻監控器和防火墻構成；通信層主要由交換機、通信電纜以及路由器等構成，負責終端設備和基站的連接；終端層主要由巡檢機器人、機器人充電室等終端設備構成。智能巡檢機器人是智能機器人巡檢系統的核心，是實現智能巡檢的關鍵。

智能巡檢機器人安裝了大量的傳感設備、可見光攝像儀、紅外成像儀、激光雷達以及夜間照明設備（見圖1），可以實現精準設備定位和自主導航，并按照要求對設備進行巡視。如果智能巡檢機器人在大風、雨雪等惡劣的天氣下失去導航作用，可以通過遙控裝置對其進行操控。智能巡檢機器人各項參數如表1所示。

表1 智能巡檢機器人參數

圖1 智能巡檢機器人系統架構

智能巡檢機器人可以巡視變電站所有的一次設備，包括人工巡檢覆蓋不到的范圍，實現巡檢100%覆蓋。通過智能巡檢機器人安裝的紅外攝像儀、激光掃描設備以及高清攝像頭等設備，可以對變電站各類設備進行無死角覆蓋。各個設備之間的分界點非常清晰，不會出現設備之間混淆的情況。通過智能巡檢機器人的導航系統，可以對智能機器人的巡檢線路、巡檢角度以及巡檢方向等進行設定，并控制巡檢機器人按照既定的線路進行巡視。在巡視過程中，高清攝像頭、夜間可視設備可以將拍攝的視頻傳輸至基站，使得基站的工作人員可以通過遠程控制平臺查看巡視結果[6]。在巡檢過程中，如果發現異常或者故障，智能巡檢機器人會自動發出警報信息，并將故障信息保存記錄下來，為后期故障的排查提供參考。智能機器人巡檢系統還可以將智能機器人采集的避雷器泄漏電流、變壓器套管油位、電氣設備溫度、絕緣油壓力密度等相關參數生成曲線，根據曲線變化了解各項參數的運行情況，從而對變電站電氣設備故障發展趨勢做出判斷，并及時對設備進行檢修。

2.2 PLC在變電站控制系統中的應用

可編程控制器（Programmable Logic Controller，PLC），可以在內部實現邏輯運算、順序控制、計數以及定時等工作任務，并通過數字模擬或者模擬輸入/輸出模式控制各類機械設備或者生產過程。其由電源、中央處理單元、存儲器、輸入單元和輸出單元構成，采用單片微機系統，改變過去以繼電器、接觸器為主的控制方式，采用現場總線或者集散控制方式。這種控制系統的轉步主令信號大多數是觸點行程開關、光電開關以及智能開關等，完成變電站的倒閘操作、遠程遙控操作。根據變電站運維管理需求，它可以實現主變側檢修、線路檢修以及變壓器檢修等狀態的切換，從而滿足變電站三相驗電、狀態上傳到監控后臺的運行要求[7]。常規的變電站操作涉及模擬操作、唱票錄音、開啟并閉鎖機械以及現場核設備狀態等環節，而采用PLC順序操作程序，則可以利用計算機技術、監控技術實時對變電站的數據進行核對，從而實現設備自動化控制，提高變電站倒閘操作效率。以110 kV變電站為例，其在向智能變電站升級改造的過程中，PLC順序控制程序不會影響變電站的監控系統對后臺正常倒閘操作的監控，其操作界和監控后臺相互獨立、互不影響。采用順序操作控制系統，不僅提高了變電站倒閘操作的效率，而且節省了傳統操作過程中停、復役的時間，降低了變電站運行成本[8]。表2是常規變電站操作時間和順序控制操作時間對比情況，其中相應的送電操作時間和停電操作時間相同。

表2 常規操作和順序控制操作時間對比

從表2可以看出，使用PLC順序控制程序，變電站的單間隔操作效率比常規操作提高了60%；110 kV變電站線路從運行轉為檢修狀態，傳統手動操作需要20 min才能完成這個操作指令，采用順序控制程序只需要5 min，操作效率提升了75%。由此可以得出，采用順序控制技術可以大大提高變電站操作效率，增加線路供電時間，具有良好的經濟效益。

2.3 智能技術在變電站運維管理平臺中的應用

隨著國家電網改革和能源電網的發展，人們對變電站的運維管理提出了更高的要求。傳統的變電站運維主要依靠人工對變電站進行運維管理，確保變電站正常運行。這種方式增加了變電站的運維成本。由于變電站運維各個子系統相互獨立，無法實現鏈接，導致出現信息孤島問題。運維管理過程中產生的大量數據信息無法實現共享和利用，造成資源浪費嚴重。人工疏忽易造成變電設備出現故障，影響正常的供配電。而將大數據技術、云計算技術、網絡通信技術、物聯網技術及人工智能技術應用在變電站運維管理平臺，可以對變電站運維過程的各項數據進行自動采集分析，為變電站運維管理工作提供參考，提高變電站運維管理水平[9]。

通過智能終端設備采集變電系統的負荷數據信息，并通過變電站運維管理平臺對負荷運行的數據進行存儲、分析、處理，可以實時對變電站運維情況進行分析評估，制定安全的巡檢巡視方案。依靠計算機和監控系統的大屏幕，變電站運維人員可以及時了解電器設備的電力參數、運行參數、安全狀態及環境數據。利用大數據分析技術對變電站運維趨勢做出預判，一旦電力系統某項參數超過閾值，則系統自動發出警報，并提供合理的維護方案。基于大數據分析技術，可以根據用戶的用電量、負荷變化、三相不平衡以及無功功率等參數生成用戶信息報告，為供電公司的電力營銷提供參考。運維管理平臺將變電站各項數據進行匯總，并監測變電站的各種電氣設備。傳感設備將采集的數據上傳到變電站主站監控系統，監控系統一旦發現變電站的電氣設備存在異常，可以直接顯示在主站大屏上。運維管理人員通過大屏的數據、曲線圖可以直觀了解設備的異常情況，并安排技術人員第一時間進行檢修[10]。在檢修過程中，變電站運維人員還可以根據設備的異常情況對其進行模擬展示，讓檢修人員了解設備的異常情況，從而快速了解設備狀態和存在的問題完成設備檢修工作。利用監控設備有利于實現變電站的全面監控，確保變電站安全有序運行。

3 結 論

引入智能技術是實現變電站智能化運維管理的關鍵。然而，當前我國智能變電站處于初步發展階段，智能技術在變電站運營管理過程中的應用依然存在一些問題，如一些智能設備比較靈敏，受到現場電磁波的影響，可能出現通信質量不穩定、信號波段畸形等問題，影響供電的可靠性和穩定性。因此，今后需要進一步加強研究智能變電站運維管理系統。